一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器，包括兩個開關(guān)管，兩個箝位二極管，兩個續(xù)流二極管，兩個輸出二極管，兩個箝位電容，一個倍壓電容，兩個輸出電容和兩個帶有兩個繞組的耦合電感，本實用新型利用耦合電感來拓展變換器的電壓增益和降低功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力，利用耦合電感的漏感實現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通和抑制二極管的反向恢復(fù)電流，箝位二極管和箝位電容組成的箝位電路有效吸收了主開關(guān)管關(guān)斷時的電壓尖峰和實現(xiàn)了能量的無損轉(zhuǎn)移，利用倍壓電路進一步提高了變換器的增益，并進一步降低功率開關(guān)管及輸出二極管的電壓應(yīng)力，電路控制方便，輸入電流紋波小，適用于較大功率，高增益和高效率的光伏并網(wǎng)發(fā)電變換場合。
【專利說明】一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種直流一直流變換器及應(yīng)用，具體說是一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，由于單塊太陽能電池的輸出電壓較低，而逆變并網(wǎng)發(fā)電所需的電壓較高，因此需要一級直流一直流變換器把低電壓直流電轉(zhuǎn)換為適合并網(wǎng)的高電壓直流電。在分布式太陽能發(fā)電方案中，單塊太陽能電池的功率容量較小，但對效率的要求較高。因此如何實現(xiàn)高增益、高效率的單級變換器，對于推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
[0003]常規(guī)的交錯并聯(lián)升壓型Boost直流-直流變換器的電壓增益僅由占空比決定，電壓增益有限，難以滿足高增益的變換要求。功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，難以采用低壓高性能的開關(guān)管來降低導(dǎo)通損耗。而且，變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗較大。為了實現(xiàn)Boost變換器的軟開關(guān)動作，近年來，相繼研究了一些通過附加有源功率開關(guān)或無源器件的軟開關(guān)方案，這些電路雖然實現(xiàn)了軟開關(guān)動作，但是不能降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實現(xiàn)系統(tǒng)的高增益變換。為了提升變換器的電壓增益，一種方案是采用開關(guān)電容的方案，但這種方案所需開關(guān)管數(shù)量較多，增加了系統(tǒng)成本；另外的方案是采用復(fù)雜的三繞組耦合電感方案，這種方案的缺點是耦合電感結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于工業(yè)加工，難以保證電路的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便且無能量損耗的一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器。
[0005]一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器，包括Boost升壓電路單元、倍壓電路單元和輸出電路單元，包括:
[0006]變換器的Boost升壓單元中，第一繞組的第一端與第二繞組的第一端及電源的正極相連，第一繞組的第二端與第一開關(guān)管的漏極相連，第二繞組的第二端與第二開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極和第二開關(guān)管的源極及電源的負(fù)極相連，第一箝位二極管的陽極與第一開關(guān)管的漏極相連，第一箝位二極管的陰極與第一箝位電容的第一端相連，第二箝位電容的第一端與第二開關(guān)管的漏極相連，第二箝位電容的第二端與第二箝位二級管的陽極相連，第一箝位電容的第二端與第二箝位二極管的陰極及電源的負(fù)極相連；
[0007]變換器中的倍壓電路單元包括，
[0008]a)倍壓串聯(lián)支路，由第三繞組和第四繞組及倍壓電容串聯(lián)構(gòu)成，其中第一繞組和第三繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二繞組和第四繞組同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組的第一端和第二繞組的第一端為參照端，第三繞組和第四繞組中的參照端的同名端或異名端相連；
[0009]b)與倍壓串聯(lián)支路相連的第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，所述的第一續(xù)流二極管的陽級與第一箝位電容的第一端相連，所述的第一續(xù)流二極管的陰極與倍壓串聯(lián)支路的第一端相連，所述的第二續(xù)流二極管的陰級與第二箝位電容的第二端相連，所述的第二續(xù)流二極管的陽極與倍壓串聯(lián)支路的第二端相連；
[0010]變換器中的輸出電路單元中，第一輸出二極管的陽極與第一續(xù)流二極管的陰極相連，第一輸出二極管的陰極與第一輸出電容的第一端相連，第一輸出電容的第二端與輸入電源的負(fù)極相連，第二輸出二極管陰極與第二續(xù)流二極管的陽極相連，第二輸出二極管的陽極與第二輸出電容的第二端相連，第二輸出電容的第一端與輸入電源的負(fù)極相連。
[0011]所述的變換器，其第一箝位二極管、第二箝位二極管、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第一輸出二極管和第二輸出二極管中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
[0012]本實用新型變換器工作時，利用耦合電感的變壓器效應(yīng)拓展了變換器電壓增益，降低了功率開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力，降低了功率器件的導(dǎo)通損耗。倍壓電路單元的引入進一步提高了電路的電壓增益和降低了器件的電壓應(yīng)力；利用耦合電感的漏感實現(xiàn)了功率開關(guān)管的零電流開通；同時利用耦合電感的漏感還實現(xiàn)了續(xù)流二極管和輸出二極管的軟關(guān)斷；箝位二極管自然關(guān)斷減小了開關(guān)損耗，并利用箝位開關(guān)管和箝位電容吸收漏感的能量，使主開關(guān)管關(guān)斷時無電壓尖峰，并且吸收的漏感能量最終傳遞到負(fù)載，實現(xiàn)無損吸收；其電路結(jié)構(gòu)對稱，自然均流，控制方便，輸入電流紋波小，適用于較大功率，高增益和高效率的分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電場合。
[0013]本實用新型的優(yōu)點是:無需額外的功率開關(guān)和電感元件，附件元件少，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高電路的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。耦合電感在對應(yīng)的開關(guān)管開通和關(guān)斷時都傳遞能量，提高了耦合電感的利用率，降低了耦合電感的體積，可實現(xiàn)正負(fù)電壓輸出，更適用和三電平逆變器配合的應(yīng)用場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器的電路圖；【具體實施方式】
[0015]參見圖1，本實用新型的一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器，包括Boost升壓電路單元、倍壓電路單元和輸出電路單元。
[0016]變換器的Boost升壓電路單元中，第一繞組LI的第一端與第二繞組L2的第一端及電源Vin的正極相連，第一繞組LI的第二端與第一開關(guān)管SI的漏極相連，第二繞組L2的第二端與第二開關(guān)管S2的漏極相連，第一開關(guān)管SI的源極和第二開關(guān)管S2的源極及電源Vin的負(fù)極相連，第一箝位二極管Dcl的陽極與第一開關(guān)管SI的漏極相連，第一箝位二極管Dcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端相連,第二箝位電容Cc2的第一端與第二開關(guān)管S2的漏極相連，第二箝位電容Cc2的第二端與第二箝位二級管Dc2的陽極相連，第一箝位電容Ccl的第二端與第二箝位二極管Dc2的陰極及電源Vin的負(fù)極相連；
[0017]變換器的倍壓電路單元包括，
[0018]a)倍壓串聯(lián)支路，由第三繞組L3和第四繞組L4及倍壓電容Cm串聯(lián)構(gòu)成，其中第一繞組LI和第三繞組L3同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二繞組L2和第四繞組L4同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組LI的第一端和第二繞組L2的第一端為參照端，第三繞組L3和第四繞組L4中的參照端的同名端或異名端相連；
[0019]b)與倍壓串聯(lián)支路相連的第一續(xù)流二極管Drl和第二續(xù)流二極管Dr2，所述的第一續(xù)流二極管Drl的陽級與第一箝位電容Ccl的第一端相連，所述的第一續(xù)流二極管Drl的陰極與倍壓串聯(lián)支路的第一端相連，所述的第二續(xù)流二極管Dr2的陰級與第二箝位電容Cc2的第二端相連，所述的第二續(xù)流二極管Dr2的陽極與倍壓串聯(lián)支路的第二端相連；
[0020]變換器的輸出電路單元中，第一輸出二極管Dol的陽極與第一續(xù)流二極管Drl的陰極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第一輸出電容Col的第一端相連，第一輸出電容Col的第二端與輸入電源Vin的負(fù)極相連，第二輸出二極管Do2的陰極與第二續(xù)流二極管Dr2的陽極相連,第二輸出二極管Do2的陽極與第二輸出電容Co2的第二端相連,第二輸出電容Co2的第一端與輸入電源Vin的負(fù)極相連。
[0021]一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)有四種工作過程，第一開關(guān)管SI關(guān)斷與第一箝位二極管Dcl導(dǎo)通之間的換流；第一開關(guān)管SI的開通過程，第二開關(guān)管S2關(guān)斷與第二箝位二極管Dc2導(dǎo)通之間的換流；第二開關(guān)管S2的開通過程。
[0022]第一開關(guān)管SI關(guān)斷與第一箝位二極管Dcl導(dǎo)通之間的換流:
[0023]換流前，電路處于第一開關(guān)管SI和第二開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一箝位二極管Del、第二箝位二極管Dc2、第一續(xù)流二極管Drl、第二續(xù)流二極管Dr2、第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管SI關(guān)斷時，第一箝位二極管Dcl開通，由于第一箝位電容Ccl的作用，第一開關(guān)管SI兩端電壓被箝位為一定電壓值，同時第一續(xù)流二極管Drl和第二續(xù)流二極管Dr2開通，向倍壓電容Cm充電，當(dāng)?shù)谝焕@組LI的電流下降到零后，第一箝位二極管Dcl自然關(guān)斷。
[0024]第一開關(guān)管SI開通的過程:
[0025]開通信號加在第一開關(guān)管SI的控制側(cè)，第一開關(guān)管SI開通，由于第一繞組LI的電流從零開始上升，因此第一開關(guān)管SI實現(xiàn)了零電流開通。倍壓串聯(lián)支路的電流開始下降，當(dāng)電流下降到零時，第一續(xù)流二極管Drl和第二續(xù)流二極管Dr2關(guān)斷，電路回到最初的穩(wěn)定工作狀態(tài)，向兩個耦合電感的勵磁電感充電。
[0026]第二開關(guān)管S2關(guān)斷與第二箝位二極管Dc2導(dǎo)通之間的換流:
[0027]當(dāng)?shù)诙_關(guān)管S2關(guān)斷時，第二箝位二極管Dc2開通，由于第二箝位電容Cc2的作用，第二開關(guān)管S2兩端電壓被箝位為一定電壓值，同時第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2開通,倍壓電容Cm、第三繞組L3和第四繞組L4向第一輸出電容Col和第二輸出電容Co2傳遞能量，當(dāng)?shù)诙@組L2的電流下降到零后，第二箝位二極管Dc2自然關(guān)斷。
[0028]第二開關(guān)管S2開通的過程:
[0029]開通信號加在第二開關(guān)管S2的控制側(cè)，第二開關(guān)管S2開通，由于第二繞組L2的電流從零開始上升，因此第二開關(guān)管S2實現(xiàn)了零電流開通。倍壓串聯(lián)支路的電流開始下降，當(dāng)電流下降到零時，第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2關(guān)斷，電路回到最初的穩(wěn)定工作狀態(tài)，向兩個耦合電感的勵磁電感充電。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器，包括Boost升壓電路單元、倍壓電路單元和輸出電路單元，其特征在于: 所述的Boost升壓電路單元中，第一繞組LI的第一端與第二繞組L2的第一端及電源Vin的正極相連，第一繞組LI的第二端與第一開關(guān)管SI的漏極相連，第二繞組L2的第二端與第二開關(guān)管S2的漏極相連，第一開關(guān)管SI的源極和第二開關(guān)管S2的源極及電源Vin的負(fù)極相連，第一箝位二極管Dcl的陽極與第一開關(guān)管SI的漏極相連，第一箝位二極管Dcl的陰極與第一箝位電容Ccl的第一端相連，第二箝位電容Cc2的第一端與第二開關(guān)管S2的漏極相連，第二箝位電容Cc2的第二端與第二箝位二級管Dc2的陽極相連，第一箝位電容Ccl的第二端與第二箝位二極管Dc2的陰極及電源Vin的負(fù)極相連； 所述的倍壓電路單元包括， a)倍壓串聯(lián)支路，由第三繞組L3和第四繞組L4及倍壓電容Cm串聯(lián)構(gòu)成，其中第一繞組LI和第三繞組L3同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二繞組L2和第四繞組L4同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第一繞組LI的第一端和第二繞組L2的第一端為參照端，第三繞組L3和第四繞組L4中的參照端的同名端或異名端相連； b)與倍壓串聯(lián)支路相連的第一續(xù)流二極管Drl和第二續(xù)流二極管Dr2，所述的第一續(xù)流二極管Drl的陽級與第一箝位電容Ccl的第一端相連，所述的第一續(xù)流二極管Drl的陰極與倍壓串聯(lián)支路的第一端相連，所述的第二續(xù)流二極管Dr2的陰級與第二箝位電容Cc2的第二端相連，所述的第二續(xù)流二極管Dr2的陽極與倍壓串聯(lián)支路的第二端相連； 所述的輸出電路單元中，第一輸出二極管Dol的陽極與第一續(xù)流二極管Drl的陰極相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第一輸出電容Col的第一端相連,第一輸出電容Col的第二端與輸入電源Vin的負(fù)極相連，第二輸出二極管Do2的陰極與第二續(xù)流二極管Dr2的陽極相連，第二輸出二極管Do2的陽極與第二輸出電容Co2的第二端相連,第二輸出電容Co2的第一端與輸入電源Vin的負(fù)極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏模塊用雙向電壓輸出的高升壓比變換器，其特征在于，第一箝位二極管Del、第二箝位二極管Dc2、第一續(xù)流二極管Drl、第二續(xù)流二極管Dr2、第一輸出二極管Dol和第二輸出二極管Do2中的一個或多個改成同步整流管，均能正常工作。
【文檔編號】H02M3/06GK203775027SQ201320891316
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】趙一, 楊波 申請人:杭州禾邁電力電子技術(shù)有限公司